（交通运输工程专业论文）提高集装箱码头双小车桥吊作业效率研究.pdf

摘要 v1 0 0 8 】0 9 由于集装箱运输的发展促进了集装箱船舶的大型化发展，随之而来的是船舶大型 化与码头桥吊效率之间的矛盾。普通单小车桥吊的装卸效率一般为每小时3 0 自然箱， 显然，这样的效率将不能满足船公司的要求，双小车桥吊就是在这样的背景下产生的 高效率的集装箱码头装卸设备。 本文试图从双小车桥吊的结构、电控技术、安全及管理等方面入手，就双小车桥 吊在非自动化码头的效率提高进行探讨，对双小车桥吊技术的研究和自动化技术的开 发水平，具有很好的指导作用，也有助于提高我国港口机械特别是桥吊的效率，阱适 应世界集装箱运输的蓬勃发展。 本文着重就双小车桥吊的结构、电控系统、自动化控制技术、安全措施及管理系 统等几个方面的改进进行了论述。 本文的第一章主要讲述了课题所提出的研究内容的背景，集装箱的发展和当前桥 吊的发展，以及本课题的内容及目的意义等。第二章介绍了桥吊的结构形式，以及双 小车桥吊电控系统的组成、装卸船自动化技术及自动着箱、集卡自动定位等高新技术 在双小车上的应用，并基于以上问题提出了影响双小车桥吊效率的因数，并在第三章 针对以上原困提出了提高双小车作业效率的措施。最后在第四章对双小车桥吊的作业 效率进行了模拟计算。 通过本文的讨论，作者认为：双小车桥吊作为世界各大集装箱港口迎接航运界进 入超巴拿马时代快速装卸的产物，虽然在自动化码头得到了成功的应用，但只要处理 好结构形式、自动化控制技术、安全及桥吊管理系统等关键性技术，同样可以应用于 非自动化码头，并有效提高装卸效率。相信随着人们对双小车技术的不断认识及迸一 步消化，会有更多的高新技术应用于双小车桥吊系统，以不断提高其装卸效率，在被 各大港口普遍接受的基础上发挥其更大的作用。 关键词双小车，桥吊，电控系统，自动化 a b s t r a c t t h et r e n di ni n c r e a s i n gt h es i z eo ft h ec o n t a i n e rv e s s e 】a sar e s u l fo ft h ef a s t d e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rs h i p p i n gi n d u s t r yh a ss t a r t e dt oa f f e c tt h ee f f i c i e n c yo f t h ec o n v e n t i o n a lq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n eac o n v e n t i o n a iq u a y s i d ec o n f a i n e r c r a n eh a sat y p i c a il o a d i n ga n du n l o a d i n gs p e e do f3 0m o v e sp e rh o u r a n di ti s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yo b v i o u st h a tj t c a n n o tm e e tt h ed e m a n do ft h es h i p p i n g c o m p a n y d o u b l e t r o l l e yq u a y - s i d e c o n t a i n e rc r a n eh a se m e r g e da st h e h i g h e f f i c i e n tc o n t a i n e rt e r m | n a l se q u i p m e n tu n d e rt h ec i r c u m s t a n c e s t h i s a d i c l ec o v e r si nd e t a i l st h es t r u c t u r e e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e ma n dt h e s a f e t ya n dm a n a g e m e n ta s p e c t so ft h ed o u b l e - t r o l l e yq u a y - s i d ec o n t a i n e rc r a n e a n di n v e s t i g a t e st h ea d a p t a b i l i t yo ft h ed o u b l e - t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n ei n an o n a u t o m a t i c a l l ym a n a g e dc o n t a i n e rt e r m i n a l s i ti sv e r yu s e f u if o rt h er e s e a r c h o nt h et e c h n i c aj d e v e l o p m e n to ft h ed o u b l e - t r o l l e yq u a y - s i d ec o n t a i n e rc r a n ea s w e l la s t sa u t o m a t i o ns y s t e m 1 ta l s oh e l p st ol n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo ft h e d o m e s t i c a l l ym a d ep o r te q u i p m e n te s p e c i a l l yt h eq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e st o b e t t e ra d a p tt ot h ef a s td e v e l o p m e n to ft h eg l o b a lc o n t a i n e rs h i p m e n ti n d u s t r y t h i sa r t i c l ed i s c u s si ni m p r o v eo nt h es t r u c t u r eo ft h ed o u b l e t r o l l e yq u a y s i d e c o n t a i n e rc r a n e ，j t se l e c t r i cc o n t r o is y s t e ms t r u c t u r e ，a u t o m a t i o nd e s i g n ，s a f e t v m e a s u r e sa n dc r a n em a n a g e m e n ts y s t e m t h ef i r s tc h a p t e ri n c l u d e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h et h e s i st h eh i s t o r yo f t h ec o n c a i n e rs h i p m e n td e v e l o p m e n ta n dt h eo v e r v i e wo ft h eq u a y a i d ec o n t a n c r a n ed e s i g n s i ta l s oo u t l i n e st h ec o n t e n to ft h et h e s i sa n dt h ei m p o r t a n c eo ft h e r e s e a r c h r e s u l t s t h es e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e si ng e n e r a jt h ec o n v e n t i o n a l q u a y - s i d ec o n t a i n e rc r a n es t r u c t u r ea n de m p h a s i z eo nt h ee l e c t r i cc o n t r o is y s f e m o ft h ed o u b l e - t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e t h i sj n c l u d e st h es t r u c t u r eo ft h e s y s t e m ，c o n t a i n e rl o a d i n ga n du n l o a d i n gs h i pa u t o m a t i o ns y s t e m a u t o m a t i c l a n d i n gs y s t e m ，c h a s s i sa u t o m a t i cp o s i t i o n i n gs y s t e ma n dt h e i ra p p l i c a t i o n si nt h e d o u b l e - t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e a n db a s eo nt h e s e p u tf o r w a r dt h e q u e s t i o no ft h ei n f l u e n c et h ee f f i c i e n c yo ft h ed o u b l e t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e r c r a n e c h a p t e rf o u ri n t r o d u c e st h em e t h o d sh o wt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h e d o u b l e t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e a n da ti a s t c o u n tt h ee f f i c i e n c y t h r o u g ht h ed i s c u s s i o n t h ea u t h o rc o n c l u d e st h a ta l t h o u g ht h ed o u b l e - t r o l l e y q u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n eh a sb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nt h ea u t o m a t i cc o n f a i n e r t e r m i n a l sa st h ep r o d u c to ft h ec o n t a i n e rt e r m i n a l sa l lo v e rt h ew o r l da c c e p t i n gt h e f a s ts p e e dl o a d i n ga n du n l o a d i n gn e we r ai nt h ew o r l ds e as h i p m e n ti n d u s t r yp o s t p a n a m aa g e ，i tc a na l s ob es u c c e s s f u iu s e di nan o n a u t o m a t i c a l l ym a n a g e d c o n t a i n e rt e r m i n a l sj fs o m eo f ；t sk e yp a r a m e t e r sa r ec a r e f u l l yd e a l tw i t h t h e y i n c l u d et h es t r u c t u r em o d e l a u t o m a t i o ns y s t e ma n di t s s a f e t ya n dc r a n e m a n a g e m e n ts y s t e m t h eu s eo fd o u b l e t r o l l e yq u a y - s i d ec o n t a i n e rc r a n ei n a n o n a u t o m a t i c a l l ym a n a g e dc o n t a i n e rt e r m i n a l sc a ni n c r e a s et h el o a d i n ga n d u n l o a d i n ge f f i c i e n c y t h ea u t h o rb e l i e v e st h a t w i t ht h ei n c r e a s i n g l yb e t f e r u n d e r s t a n d i n go ft h ed o u b l e t r o l l e yq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e ，t h e r ew i l lb ee v e n m o r en e w t e c h n o l o g i e sd e v e l o p e df o rt h es y s t e ma n dt h e r e f o r ef u r h e ri n c r e a s ei t s l o a d i n ga n du n l o a d i n ge f f i c i e n c ya n di t s a c c e p t a n c eb yt h em a j o rc o n f i n e r t e r m i n a l s h u y u e ( m t e ) d i r e c t e db yv i c ep r o f e s s o r w a n g x i a o 【k e y w o r d s ：d o u b l e t r o l l e y ，q u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e ，e l e c t r i cc o n t r o l a u t o m a t i o n 上壅盘星盔堂亟迨塞二握直塞整揎盟基塑! 圭叠星在些熬奎班宜 第1 章概述 11 选题背景 为了适应未来航运市场的发展，迎接各种现实因素的挑战，世界主要集装箱港口 都制定了宏伟的港口发展规划，大规模的深水码头正在增加，集装箱港吞吐量1 i 断增 长，对集装箱港口装卸工艺和集装箱装卸技术装备提出了许多值得研究的新课题。 而作为港口集装箱装卸的主要设备岸边集装箱起重机( 简称桥吊) 更是引起 了世界各大港口的重视，对它提出了更新更高的要求，需要开发高效率的岸边集装箱 装卸系统，以满足船舶大型化对起重机生产率的要求。双小车超巴拿马型岸边集装箱 起重机( 简称双小车桥吊) 就是为满足这一要求而设计开发的一种新型的集装箱装卸 系统。这种双小车系统在1 5 年前曾风靡一时，但由于受到当时的自动化控制技术发 展水平的限制，未能实现起重机的自动控制以及与地面运输车的协调配合，其装卸效 率不理想，且成本高，因而未能得到推广。 近年来，由于大型化集装箱运输船舶发展十分迅速，特别是自动控制技术的发展 使这种双小车系统实现了装卸作业自动化，通过先进的自动控制投术使其与地面运输 的自动配合，形成新的高效作业系统，大大提高了其生产效率，冈而再次受到港口的 青睐，市场也有了迫切需求。 随着全球贸易更加快速的发展及我国加入w t o ，我国一些集装箱运输大港也正在 按照这一新的特点规划港口建设。为适应集装箱运输业快速发展及船型大型化的要 求，给国内集装箱码头装卸效率特别是桥吊的装卸效率提出了更高的要求，在这种背 景下，双小车桥吊已越来越受到各大集装箱港口的关注。 1 2 选题目的意义及研究内容 由于双小车桥吊作业效率高，3 台双小车桥吊可以替代4 5 台常规桥吊的作用， 在同样长的泊位中，桥吊覆盖面吏广，使桥吊利用率更高，对于码头泊位岸线受限制 的港口而言，又开辟了一种新的提高作业效率的方案，已引起国内外一些中小港口的 高度熏视，它高效的作业效率将会为港口和船运带来远大的利益。 同时，我们注意到双小车桥吊最初的设计理念是基于全自动化码头的装卸t 艺进 土煎篷皇盔堂亟迨塞二埕直塞夔擅卫基塑! 至捶星堡些筮奎盈窒 行的，为此，现有双小车桥吊的结构、操作方式、自动化控制等也是基于自动化码头 而设计的。而对于国内绝大多数的集装箱码头，现所使用的装卸t 艺都是非自动化的 或者说自动化程度还不能同国外的港口相提并论。如果坷j 能解决好双小车桥吊同非自 动化集装箱码头装卸工芭之间的矛盾，双小车的高作业效率将不能在国内的集装箱码 头发挥作用，这将给我国集装箱的装卸效率带来极大的隐患。冈此，如何提高我国集 装箱码头双小车作业效率显得尤为重要。 基于自动化同非自动化码头的装卸工艺在地面运输丁具、挢吊操作方式、码头车 道安排、桥吊对生产信息的采集等方面存在不同。本文在分析双小车桥吊的机构组成、 电控系统及作业模式的基础上，提出了影响双小车桥吊作业效率的问题所在，并在结 构、自动化控制、桥吊管理模式等方面提出了改进措施，并对双小车桥吊的效率进行 了模拟计算。相信如果能解决以上问题，对双小车桥吊在国内港口提高处理集装箱船 舶的能力有很大的帮助，其前景不可限量。 l3 集装箱桥吊的研究现状 集装箱桥吊为适应集装箱运输业的快速发展，从常规桥吊，发展到现在的双小车 桥吊、双四卜英尺桥吊等各种类型，下面就集装箱桥吊和双小车桥吊的研究现状进行 阐述。 1 3 1 桥吊的研究趋势 桥吊伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代，科 技含量越来越高，正朝着大型化、高速化、自动化和智能化，以及高可靠性、长寿命、 低能耗、环保型方向发展。 1 高参数和大型化 额定起重量成倍增长，吊具下的额定起熏量逐步从3 0 5 吨增大到6 1 吨，最大已 达到6 5 吨。外伸距越来越大，随着集装箱船舶的不断大型化，船宽已从第3 代巴拿 马集装箱船的1 3 排增大到现在超巴拿马的1 7 2 0 排，甚至2 2 排的船也在设计中。集 装箱船舶的大型化，其宽度由载箱量6 0 0 “1 0 0 0 箱时的2 6 2 8 米增大到现在6 0 0 0 “9 0 0 0 箱的4 5 米，几乎增大了一倍。桥吊的外伴距也由3 2 米逐步增大到现在的6 5 米，将 来会增加到7 0 米，以适应2 4 排的所谓马六甲型船的需要。轨上的起升高度越来越高， 第2 页共4 3 页 土盘连蔓杰堂亟迨塞= 握直塞装擅盟基塑! 圭捶旦佳些堑奎巫基 巴拿马桥吊的轨上起升高度通常为2 7 米以下，超巴拿马桥吊在2 7 米到3 6 米之间， 而现在则要求达到4 2 米。起升高度的大幅增大，将导致桥吊金属结构强度、刚度、 疲劳等方面出现的一系列新问题。自重越来越大，桥吊的自重，己从常规巴拿马型的 6 0 0 8 0 0 吨，增大到现在超巴拿马型的1 2 0 0 2 0 0 0 吨。 2 高速化 起升速度从巴拿马型桥吊的5 0 1 2 0 m m i n ，增加到现在的9 0 2 0 0 m m i n ，电机的 功率已经达到6 9 0 k w 2 。小车速度已从常规巴拿马型的1 2 0 m m i n 增加到现在的 2 4 0 m m i n ，并正在向3 0 0 至3 5 0 m m i n 的速度发展。 3 自动化和智能化 一 为了提高码头的管理水平和生产效率，桥吊正朝着自动化和智能化方向发展。故 障检测和故障显示系统，在电气系统已发展成熟，目前正致力于机械系统的故障显示 和检测的智能化，吊具智能化、电梯智能化、卫星定位系统、起重机管理系统、遥控 起重机管理系统正在普及和完善。 1 3 2 双小车桥吊研究趋势 双小车桥吊配备有两台起重小车，两台小车在各自独立的轨道上运行作业互不干 扰，主小车可沿敷设在大梁上的轨道运行，门架小车的运行轨道敷设在门框连接梁上， 两台小车均可自动进行操作，主小车的司机主要负责在起吊集装箱时进行对箱，门架 小车无需司机操作，而在联系梁下方设置了监控室，工作人员在监控窜可清晰地监控 两台小车作业以及地面运行的运输工具的工作情况。 在海侧下横梁靠陆侧一边，设置有两个集装箱的中转平台，该平台主要用于安放 来自主小车及门架小车起吊运送过来的集装箱。主小车和门架小车在中转平台进行 “接力”式转运。主小车将船上的集装箱运至中转平台的箱位上，门架小车将主小车 运到中转平台上的集装箱转运到地面运输工具上，由于从船上卸下的集装箱通过两台 起莺小车接力式完成集装箱装卸作业，从而大大提高了装卸效率。 利用先进的电子信息技术来实现两台小车的防碰、防摇、自动对位和识别等自动 化控制。主小车采用日前国际上最先进的电子防摇技术，门架小车采用机械防摇方法。 在吊具上架的前后左右四个面上，八根钢丝绳按照最优化的方法构成钢丝绳卷绕系 统，以保证吊具在前后左右各个方向上均不会出现摇摆。 上壹盘皇盍堂亟迨塞二g 握直塞菱擅弱基塾d ! 主叠虽韭业煎奎堡塞 目前，双小车桥吊普遍用于自动化码头，地面运输采用了先进的自动导向车，即 a g v 系统，当主小车将集装箱从装上到卸下，经过最短路线置于中转平台上后，门架 小车迅速将它取走，吊运到自动导向车( a g v 系统) 上运送到堆场。 在大车运行方面，当a g v 停车位置相对于桥吊出现偏差或放置在中转半台上的集 装箱由于风的影响使安放位置出现偏差时，门架小车具有使吊具偏移对位的功能，保 证a g v 系统与门架小车吊运集装箱的有效配合，实现高效作业。 整机结构具有很好的刚性，前后大梁采用了双拉杆斜拉结构，加强了结构的刚性， 把两台起重小车同时起制动时桥吊的晃动降低到最小程度。 整机采用了先进的自动化控制技术和完善的降低设备风险的安全设施、故障显示 装置等，并实现了起重小车进行装卸作业时可以对地面自动导向车进行自动控制。 双小车桥吊是集装箱机械制造业为了迎接航运界进入超巴拿马时代快速装卸的 产物，它的优异性能已引起世界港e l 广泛关注，相信会逐步获得更多港口专家的认同， 在各大枢纽港广泛推广。 第4 页共4 3 页 上篷盘蔓杰堂亟迨塞= 逞面塞装箍盟基塑尘圭叠虽佳些筮奎盟塞 第2 章双小车桥吊系统现有模式分析 2 1 双小车桥吊的结构形式 双小车桥吊的结构主要由主小车机构、门架小车机构、大车行走机构、俯仰机构 以及中转平台组成。同时，主小车机构及门架小车机构又分别有各自的起升机构及小 车行走机构组成。在介绍双小车桥吊的几大机构前，先介绍集装箱桥吊几大机构的结 构形式。 21 1 集装箱桥吊的结构形式 1 按门架结构结构形式分类 桥吊的门架结构形式通常有三种，即a 型、h 型及a h 组合型。桥吊的甲期门架 结构形式采用a 型，a 型门架具有造型美观，不致碰到船上的设备及建筑，整机重量 较轻等优点。但h 型门架具有比a 型门架更多的优点，如高度较低、焊接工艺性好、 制造拼接容易等。同时，为了保持a 型门架不容易碰船的优势，一些制造厂家采用了 a h 组合型门架，现这种形式已得到了比较广泛的应用。 2 按前大梁的让船形式进行分类 按让船形式，桥吊可分为俯仰式、折叠式及滑梁式。 ( 1 ) 俯仰式整个前大梁可以升起或放下，这种形式比较简单，但仰起后高度较高。 目前绝大部分的桥吊采用这种形式。 ( 2 ) 折叠式前大梁分成两段，仰起时从中间折叠，这种形式的外形高度比俯仰式 小，适用于飞机场附近等对桥吊有高度限制的码头。 ( 3 ) 滑轨式前大梁可以伸出或缩进，这种形式的外形高度更小，滑梁具有两根沿 主梁下面敷设的轨道，主梁靠近门框柱的部位有4 个两轮转向架，用电力驱动转向架 的升降。当滑梁移到指定位置后，转向架及下落，使滑梁同定在支座上。这种形式结 构复杂，只在高度受到限制的码头使用。 3 按行走小车牵引方式分类 桥吊按行走小车的牵引方式有以下4 种类型： ( 1 ) 自行式小车这种小车是将起升机构和小车行走机构都安设在小车车架上，小 上盘盘皇盔堂亟迨塞二握壶塞装撞盟叁塑4 1 至捶虽侄些堑至盟塞 车可以自行，其特点是：结构比较简单，没有复杂的钢丝绳缠绕系统，维修费用较低。 起升钢丝绳由卷简直接绕过吊具滑轮，冈而钢丝绳的磨损较小，适用寿命较长。司机 视线较好，且小车不受牵引钢丝绳的下扰、弹性伸长和振动等影响，因而易于准确地 确定吊具的位置，小车定位和微动操作简便。前大梁仰起后，码头上仍能继续作业。 但这种结构，由于小车自重较大，因而导致整机自重增加，轮压加大，码头费用增加。 ( 2 ) 全牵引小车这种小车是将起重驱动装置和小车行走驱动装置都安装在机器房 内，而不安装在小车架上，、车行走靠钢丝绳牵引。它的特点是：小车自重大大减轻。 因而起重机金属结构的载荷减小，整机自重减轻，轮压较小，码头建造费用相对降低。 小车牵引性能好，启动和加速性能较好，不致产生打滑现象。但这种结构钢丝绳缠绕 系统复杂，维修不便，钢丝绳容易磨损，更换钢丝绳比较困难，同时由于钢丝绳的下 垂，影响了吊具的精确定位。 ( 3 ) 半牵引小车这种小车是将起升驱动装置安装在机器房内，而小车行走驱动装 置安装在小车架上。它取消了小车牵引钢丝绳系统，起升钢丝绳的缠绕和全牵引式小 车有所不同，即起升钢丝绳从机器房中引出，经过大梁后部滑轮，再经过小车的滑轮， 最后到前大梁同定。起升钢丝绳的缠绕是一个封闭的系统，起升钢丝绳在小车行走过 程中不致发生升降现象，因而这种小车及其绕绳系统也不需要平衡小车和其它补偿措 施。起升钢丝绳的缠绕系统还可兼作吊具的纵横倾动作。半牵引小车同时具有自行式 小车和全牵引小车的优点，但仍存在着钢丝绳容易磨损的问题。 ( 4 ) 导杆牵引小车这种小车与全牵引小车相同之处是起升驱动装置和小车行走驱 动装置都安装在机器房内，不同之处在于小车的行走牵引不用钢丝绳，而用套摆动 导杆机构。摆动导杆是靠安装在机器房内的驱动装置来推动小车行走，而在小车行走 过程中起升钢丝绳的长度始终保持不变，因而不需要其它任何补偿措施。这种小车和 全牵引式小车的自重差不多，都比较轻，小车行走可以达到较高的速度，启动和加速 性能比较好，不致产生打滑现象，但结构尺寸比较大，制造t 艺要求高。 2 12 双小车主小车机构 主小车机构主要用于从船到中转平台及中转平台到船的集装箱装卸。双小车桥吊 主小车采用全牵引式小车，其起升驱动机构及小车驱动机构都安装在机器房内。 1 主小车起升机构 第6 页共4 3 页 土显篷蔓盘堂亟迨塞二埕直塞装揸丑基塑d ! 主蚯虽往些筮奎婴窟 主小车起升机构由起升电动机、联轴器、减速器、钢丝绳卷绕系统、吊具以及制 动器等组成。此外，根据需要还安装了多种辅助装置，如在电机轴的端部装有测速发 电机，编码器，以便对电机的转速及起升高度进行测量，同时，在电机的输出轴上装 有超速开关，以便对电机超速进行控制：在制动器上安装有微动开关，用于检测制动 器当前的工作状态；在卷筒轴的端部装有链轮，通过链轮、链条传动带动凸轮开关， 以满足控制的需要；在小车架下面装有重锤式限位开关，以对吊具的起升高度进行一 定的限制及起升超范围后的紧急停止等。 电机通过联轴器与减速箱的高速轴相连，减速箱的低速轴和卷简相连。当机构t 作时，减速箱的低速轴带动卷筒将钢丝绳卷进或放出，在经过滑轮组系统，使吊具 实现上升或下降动作。机构停止t 作时，制动器抱闸，电机停转，使吊具连同货物悬 吊在空中，吊具的升降靠改变电动机的转向来控制。 起升机构的制动器分高速制动器及低速制动器。高速制动器采用液压顶杆式制动 器，主要用于正常作业时的起制动。低速制动器采用盘式制动器，其作用为在发生紧 急情况下的紧急制动。 减速箱使电机输出的较高转速转化为适合工作机构需要的转速。卷筒采用单层 绕、圆柱形卷筒，其表面切有螺旋形绳槽，用以收放和存储钢丝绳，把驱动装置提供 的驱动力传递给钢丝绳，并将驱动装置的回转运动转换成吊具的垂直直线运动。 2 主小车小车结构 主小车的小车采用全牵引结构，其起制动频繁，为连续工作制，起升钢丝绳绕经 其上的滑轮，然后经过吊具上的滑轮，其主要作用是实现吊具的横向移动。 主小车的小车驱动装置安装在机器房的小车平台上，主要由小车电机、联轴器、 减速箱、制动器、卷筒和钢丝绳缠绕系统组成。此外，还包括一些辅助设备，如小车 钢丝绳张紧装置、限位开关、微动开关以及测速电机、编码器等。主小车机构传动装 置和主起升机构非常相似。 为了安全，在小车行程两端极限位置处，安装有停止及紧停开关，以保证小车安 全可靠的运行。通过编码器对小车的位置进行检测，当小车到达停止位置前，使小车 行走速度自动减慢。 当前大梁处于俯仰状态或处于非水平状态时，为保证小车不继续前进，除考虑电 气连锁外，还安装了与前大梁俯仰动作联锁的机械装置，以阻止小车向前行走。 第7 页共4 3 页 土星盘蔓盔堂亟论塞二握直塞装箱亟基塑尘圭扭虽侄些堑奎研壅 213 门架小车机构 门架小车机构用于从中转平台到地面运输工具( 集卡) 及地面运输工具到中转平 台的集装箱装卸。双小车桥吊门架小车采用了自行式小车，其起升驱动装置及小车驱 动装置都安装于门架小车架上。 1 门架小车起升机构 门架小车起升机构由起升电机、联轴器、减速箱、钢丝绳缠绕系统、吊具以及制 动器等组成。其基本形式同主小车的起升机构相似，所不同的是，门架小车起升钢丝 绳缠绕方式采用了“八绳缠绕”系统，利用三角形稳定的几何原理，将传统的起升缠 绕系统改为四个完全相同的倒三角形的系统，从而提高悬吊系统的刚性，即小车和吊 具之间好似刚性连接，当小车起动或制动后，吊具( 包括货物) 也随之起制动。从根 本上消除了吊具的摇摆。同时，在上架与吊具之间通过液压装置还可实现吊具在小车 运行方向和大车两个运行方向的微动，大大的提高了司机的对箱效率。 2 门架小车小车机构 门架小车采用自行性结构，由小车电机( 4 个) ，连轴器、减速箱、制动器等组 成，其外围保护装置同主小车基本相同。由于采用了自行性结构，因此不可避免的存 在在小车在起制动时的打滑现象，特别在恶劣天气情况下更是如此。为了提高门架小 车的定位精度，其位置检测系统采用了磁尺定位系统。从而保证了门架小车的精确定 位。 2 1 4 大车行走机构 桥吊在装卸作业过程中，需要经常移动大车，因而要求大车行走机构具有较好的 微动和制动性能，双小车桥吊采用全变频电机驱动，经减速箱后驱动大车行走轮以实 现整个桥吊的运动。 双小车桥吊的每个腿下有1 2 个行走轮，其中6 个为驱动轮，6 个为从动轮。每 条腿的负荷通过平衡梁台车平均地分配到各个车轮上。大车行走机构由大车电机、制 动器、减速器、行走轮等组成，行走轮为双缘车轮。 大车行走机构还安装了各种安全保护装置，如在平衡梁外侧装有红外线探测器、 限位及缓冲器，以便当临近两台桥吊靠近时，起到必要的保护及缓冲。还有防爬鞋、 锚定销等，将防爬鞋塞入车轮踏面和轨道顶晤之间，以防止在阵风情况下起重机沿轨 土显生至盔堂亟丝塞二l 理面墓薹焦堡达巫4 1 至置虽佳些敖奎班塞 道滑移。锚定销的作用同防爬鞋相似。为了安全，在最边上的两台桥吊上装有大车左 右极限限位开关，使其能够实现自动紧急停车控制。 由于双小车桥吊采用岸上高压供电方式，因此为了安全保护供电电缆免受损坏， 在门架西侧联系横梁上安装了电缆卷筒，以便当大车行走时，及时将存储的电缆放出 或将多余的电缆储存起来。 215 俯仰机构 俯仰机构属于非工作性机构，它的使用频率较低，只是在双小车桥吊刚开始工作 时将前大梁放下，以便主小车可沿着其上的轨道行走，进行装卸作业：在作业过程中， 大车要经过大型船舶的生活舱时，将前大粱仰起到足够的高度以安全通过生活舱，在 停机时，为了安全，以免船舶碰到前大梁，才将其仰起。 俯仰机构安装在机器房内，驱动装置主要由俯仰电机、连轴器、减速箱、卷筒、 钢丝绳缠绕系统、制动器等组成。此外，还包括一些辅助设备，如限位开关、测速电 机、微动开关、超速开关、编码器以及挂钩、抬钩等辅助装置，以满足控制的需要和 达到安全保护的目的。俯仰机构的传动装置和主起升机构非常相似，也安装了两个制 动器。 在前大梁俯仰的终点位置，装有极限自动减速装置和限位开关，当前大梁起升到 终点位置时，在俯仰操作室内有信号灯表示，前大梁安全钩挂住，俯仰钢丝绳处于松 弛状态，当前大梁放下时，先将前大梁微微仰起后停车，由液压推杆将安全钩抬起， 即可放下前大梁，放下之后用拉杆固定，俯仰钢丝绳并不受力，以起到保护钢丝绳的 目的。 2 16 中转平台 中转平台是双小车桥吊区别于传统单小车桥吊的主要特点，其安装于海侧下横粱 靠陆侧一边，该平台主要用于安放来自主小车或门架小车起吊运送过来的集装箱。主 小车和门架小车吊运的集装箱在中转平台进行“接力”式转运。主小车将船上的集装 箱吊运至中转平台的箱位上，门架小车将主小车运到中转平台上的集装箱运到集卡 上：或者门架小车将集卡上的集装箱运至中转平台的箱位上，主小车将门架小车运到 中转平台上的集装箱运到船上。 土置瀣妻友堂亟盈塞= g 缝匿塞装蕉迢达塑i ! 妻堑星侄些筮奎受窭 正是有了中转平台，使双小车桥吊把装卸集装箱的高度，分解成由主小车和门架 小车分别来承担；同时，把传统单小车桥吊单小车运行总距离分解成主小车和门架小 车来完成。由于门架小车布置位置较低，起升高度比主小车低了许多，更利于对位对 箱。从而提高桥吊的作业效率。 22 双小车桥吊电控系统分析 双小车桥吊的主要电控设备安装在机房、司机室、门架小车平台等地方。 机器房是整个桥吊的心脏，是控制的中心所在，它里面集中了许多重要的电气设 备和机械设备，并对这些设备起着重要的保护作用，大大改善了它们的工作环境和工 况。主要包括电气房、高压控制柜及变压器、主起升电机及其传动机构、俯仰电机机 器传动机构、主小车电机机器传动机构。其中，电气房是双小车桥吊的主要电控设备 安装处，是整个设备电控系统的心脏，主要由p i e 控制柜、交频器柜、辅助控制柜及 桥吊管理系统等组成。 司机室是整个桥吊的命令发布中心，主要包括司机操作台、吊具控制屏、p l c 远 程控制模块以及必要的人机交流信息平台。 门架小车平台的电控装置主要包括门架起升电机及其传动机构，门架小车电机及 其传动机构。 2 2 1 双小车桥吊的主要技术参数 双小车桥吊的主要技术参数，可以从主小车、门架小车的起升速度( 包括重载和 空载) 及小车速度，大车行走速度和俯仰机构速度等几方面组成，以上各机构的主要 技术参数直接同效率联系，下面以表2 - 1 具体说明双小车桥吊各运动机构的主要参 数。 表2 - 1 双小车桥吊各运动机构参数 名称数据 各机构及工况 额定最大速度加速度减速度 ( m m i n )( m s 。)( m s 2 ) 主小车起升满载起升 7 5 0 6 2 50 6 2 5 满载下降 7 5 0 6 2 50 6 2 5 空载起升 1 8 0 0 7 50 7 5 第1 0 页共4 3 页 土塞塑璺盔堂亟途塞= 埕壹塞逮筵鱼叁殛4 1 主赞虽垤些墼至班窥 空载下降 1 8 0 0 7 5 o 7 5 满载起升 5 00 6 2 60 6 2 6 门架小车起满载下降 5 00 6 2 60 ，6 2 6 升 空载起升1 0 00 6 2 60 ，6 2 5 空载下降 1 0 0 0 6 2 6 0 6 2 6 主小车】重行2 4 00 7 2 70 7 2 7 门架小牛延行 2 4 00 7 2 70 7 2 7 大车行走 4 50 0 9 4 0 0 9 4 外伸梁俯仰 b m l n 起升 满载空载： 0 6 2 50 7 5 吊钩下 7 5 1 8 0 m m i n 下降 满载空载： 0 6 2 5o 7 5 7 5 1 8 0 m m i n 为了能达到双小车桥吊的的主要技术参数，对双小车桥吊的主要机构配置了如表 2 2 所示的电机。 表2 - 2 双小车桥吊主要电机参数 主小车门架小主小车门架小外伸梁大- 2 = 还 起升机 车起升运行机车运行俯仰机行机构 构机构构机构构 型号( 注明a c 或 b d k i kb d k i kf c k i kf c k i k f c k i kf e k c 2 d c ) m um um um o um ui o u 额定功率( k w ) 5 2 0 6 0 02 5 08 02 5 02 0 额定电压( v )3 4 0 4 23 4 5 5 6 4 2 04 2 0 4 2 04 4 0 oo 额定转速( 转分) 7 5 0 1 87 5 0 1 51 7 0 01 7 5 0 1 6 5 01 7 5 0 0 00 0 接电持续率 防护等级 s 1s ls 1s 1s 2 6 0 m$ 2 - 6 0 m i ni n 冷却方式 风冷风冷风冷风冷风冷自冷 过载能力 2 0 0 12 2 0 12 2 0 2 2 0 2 2 0 2 0 0 5 0 5 0 l m i nl m l nl m i nl m i n l m i nl m i n 数量 2ll4l2 0 2 2 2 各运行机构的控制系统 双小车桥吊主要采用h 本y a s k a w a 公司6 5 6 d c 变流装置、6 7 6 i _ 5 和g 7 变频装置 组成全数字控制全变频调速系统。各运行机构的控制主要如下 第1 l 页共4 3 页 生星蔓盔堂亟监塞二l 堡亘篡装筮强达塑4 1 至堡虽侄些基圣班基 主起升机构由二台b d k i k m u 5 2 0 k w 的交流鼠笼式异步电动机驱动，其中1 # 起升 与1 2 台大车电机共用一套6 7 6 h 变频调速装置，2 # 起升与另外1 2 台大车电机共用一 套6 7 6 h 5 变频调速装置，采用先到先服务的控制方式，可分别控制起升、大车。起升 机构为带p g 矢量控制。 大车行走机构由2 4 台f e i k c 2 1 0 u 2 0 k w 的交流鼠笼式异步电动机驱动。1 2 台大 车电机与l # 起升机构共用一个变频调速器，由二个交流接触器分别选择起升和大车 的运行，二机构备有独立的调速调节器、电流调节器、电流限制器，过流脱扣保护及 磁场控制参数等，另外1 2 台大车电机与2 # 起升机构的切换相同。为防止二个机构在 同时刻运行，采用先到先服务的方法，即先操作的机构先运行，只有当其退出运行 后另一个机构才能运行，大车机构为v f 控制，大车行走可以在两个地方操作，在司 机室右操作台上用大车行走主令手柄，当手柄打到1 0 0 时，大车以额定速度行走； 在门腿处的大车地面操作箱内有左右行按钮，当按下相应按钮时，大车阻2 0 的额定 速度行走。 主小车机构由一台f c k - i k m o u 2 5 0 k w 的交流鼠笼式异步电机驱动。主小车机构与 俯仰电机共用一套6 7 6 h 变频调速装置，采用先到先服务的控制方式，可分别控制主 小车、俯仰。小车机构为带p g 矢量控制。 俯仰机构由一台b d k i k m u 2 5 0 k w 的交流鼠笼式异步电机驱动。俯仰电机与主小 车机构共用一个变频调速器，由二个交流接触器分别选择俯仰和小车的运行，二机构 各有独立的调速调节器、电流调节器、电流限制器，过流脱扣保护及磁场控制参数等。 为防止二个机构在同一时刻运行，采用先到先服务的方法，即先操作的机构先运行， 只有当其退出运行后另个机构才能运行，俯仰机构为带p g 矢量控制。俯仰可以在 二个地方操作：在司机室可以拉起俯仰到6 0 度，在俯仰操作室可以在全范同内操作 俯仰直到大梁挂进安全钩。 门架起升机构由一台b d k i k m u 6 0 0 k w 的交流鼠笼式异步电动机驱动。门架起升 机构由一个6 7 6 h 5 变频器单独控制。门架起升机构为带p g 矢量控制。 门架小车机构由四台f c k i k m o u 8 0 k w 的交流鼠笼式异步电动机驱动。每台门架 小车电机由四个g 7 变频器分别控制。门架小车机构为带p g 矢量控制。 第1 2 页共4 3 页 土毖显蔓太堂亟迨塞二埕直塞苤筵碍迭塑4 1 奎捶虽挂些夔奎盟基 2 2 3 调速系统工作原理 日本y a s k a w a 公司变频系统采用交一直一交变频调速系统，其基本的工作原理如 下： 由电机学的基本公式：n o = 6 0f , p 可知：电动机定子绕组的磁极对数p 一定，改 变电源频率f 。即可改变电动机同步转速。异步电动机的实际转速总低于同步转速， 而且随着同步转速而变化。电源频率增加，同步转速n 0 也增加，实际转速也增加： 电源频率下降，同步转速n 。也下降，电机转速也降低，这种通过改变电源频率实现 的速度调节过程称为变频调速。 在工程中，鼠笼式电动机在电动机总数量中占主导部分。因此对鼠笼式电动机的 调速控制成为电机调速的主要内容之一。在变频调速技术中，向电动机提供频率可变 的电源并控制电动机的转速是由变压变频器完成的。 电机定子绕组内的感应电动势为：e ，= 4 4 4 f n 。k n ，巾。定子电压u 。与定子绕组 感应电动势e 。的关系为u 。= e ，+ i 。z 。若忽略定子压降i ，z 。，则u ，一e l = 4 4 4 4 4 4 f ，n 。k n ， 由。= kf 由，所以中。u kf 。电磁转矩为t = k t 巾i 。c o s 巾：。可以看出，磁通 中的减小势必导致异步电动机允许输出转矩t 下降，降低电动机的出力，同时，异 步电动机的最大转矩也将降低，严重时会使电动机堵转。若维持端电压u ，不变，而 减小f ，则气隙磁通中将增加。这就会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损急剧 增加，这也是不允许的。因此，在许多场合，要求在调频的同